(57)【要約】  電流コンバータの駆動方法およびその方法で駆動される電流コンバータを提供する。  本発明は、電流コンバータ（８）、特に電気装置（２）を駆動する方法であって、前記電流コンバータ（８）の特定のあるいはそれぞれの半導体スイッチ（２２）に対してスイッチＯＦＦ速度（Ａｎｅｗ）を設定するための制御信号（Ｐ’）を生成する方法であって、中間回路（１０）の電気中間回路電圧（Ｕｄｃ）が測定され電圧閾値（Ｕｔｈｒｅｓｈ）と比較され、それぞれの半導体スイッチ（２２）の動作温度（ＴＢ）が測定され温度閾値（Ｔｔｈｒｅｓｈ）と比較され、それぞれの半導体スイッチ（２２）により切り替えられる負荷電流（ＩＣ）が測定され電流閾値（Ｉｔｈｒｅｓｈ）と比較され、前記比較に基づいて前記スイッチＯＦＦ速度（Ａｎｅｗ）を設定するための制御信号（Ｐ’）を生成する方法に関する。
2019527027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流コンバータ（８）、特に電気装置（２）を駆動する方法であって、前記電流コンバータ（８）の特定のあるいはそれぞれの半導体スイッチ（２２）に対してスイッチＯＦＦ速度（Ａｎｅｗ）を設定するための制御信号（Ｐ’）を生成する方法であって、
中間回路（１０）の電気中間回路電圧（Ｕｄｃ）が測定され電圧閾値（Ｕｔｈｒｅｓｈ）と比較され、
それぞれの半導体スイッチ（２２）の動作温度（ＴＢ）が測定され温度閾値（Ｔｔｈｒｅｓｈ）と比較され、
それぞれの半導体スイッチ（２２）により切り替えられる負荷電流（ＩＣ）が測定され電流閾値（Ｉｔｈｒｅｓｈ）と比較され、
前記比較に基づいて、前記スイッチＯＦＦ速度（Ａｎｅｗ）を設定するための制御信号（Ｐ’）を生成する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記スイッチＯＦＦ速度（Ａｎｅｗ）を設定するための前記制御信号（Ｐ’）は、前記比較に基づいて３つのスイッチＯＦＦ速度（Ａ１、Ａ２、Ａ３）から選択し、前記第１のスイッチＯＦＦ速度（Ａ１）は前記第２のスイッチＯＦＦ速度（Ａ２）よりも遅く、前記第２のスイッチＯＦＦ速度（Ａ２）は前記第３のスイッチＯＦＦ速度（Ａ３）よりも遅い、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記動作温度（ＴＢ）が前記温度閾値（Ｔｔｈｒｅｓｈ）よりも低い場合、および／または前記中間回路電圧（Ｕｄｃ）が前記電圧閾値（Ｕｔｈｒｅｓｈ）よりも高い場合に、前記制御信号（Ｐ’）は前記第１のスイッチＯＦＦ速度（Ａ１）に設定される、方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の方法であって、前記動作温度（ＴＢ）が前記温度閾値（Ｔｔｈｒｅｓｈ）よりも高く、前記負荷電流（ＩＣ）が前記電流閾値（Ｉｔｈｒｅｓｈ）よりも高い場合に、前記制御信号（Ｐ’）は前記第２のスイッチＯＦＦ速度（Ａ２）に設定される、方法。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１つに記載の方法であって、前記動作温度（ＴＢ）が前記温度閾値（Ｔｔｈｒｅｓｈ）よりも高く、前記負荷電流（ＩＣ）が前記電流閾値（Ｉｔｈｒｅｓｈ）よりも小さい場合に、前記制御信号（Ｐ’）は前記第３のスイッチＯＦＦ速度（Ａ３）に設定される、方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の方法であって、電流閾値（Ｉｔｈｒｅｓｈ）は中間回路電圧（Ｕｄｃ）に基づいて設定される、方法。
【請求項７】
電流コンバータ（８）、特に電気装置（２）であって、駆動回路（２０）により制御される複数の半導体スイッチ（２２）を有するブリッジ回路（１４）と、コントローラ（１８）とを備え、
前記コントローラ（１８）は、信号交信のために前記駆動回路（２０）に接続され、請求項１から６のいずれか１つの方法を実行するように提供され設計されている、電流コンバータ。
【請求項８】
請求項７に記載の電流コンバータ（８）であって、前記駆動回路（２０）は、設定可能はスイッチＯＦＦ速度（Ａ１、Ａ２、Ａ３）の数に応じた数の電気直列抵抗（Ｒｇ１、Ｒｇ２、Ｒｇ３）を備えている、電流コンバータ。
【請求項９】
請求項８に記載の電流コンバータ（８）であって、前記駆動回路（２０）の前記直列抵抗（Ｒｇ１、Ｒｇ２、Ｒｇ３）は互いに並列に接続され、前記コントローラ（１８）は、前記直列抵抗（Ｒｇ１、Ｒｇ２、Ｒｇ３）を切り替えるように前記駆動回路（２０）のそれぞれの制御回路（３０）を制御する、電流コンバータ。
【請求項１０】
電気装置（２）、特に電気駆動モータ自動車のためのものであって、エネルギ貯蔵部（４）と電気モータ（６）の間に接続される、請求項７から９のいずれか１つの電流コンバータ（８）を備えた、電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流コンバータの駆動方法に関し、特に電流コンバータの特定またはそれぞれの半導体スイッチのために、半導体スイッチのスイッチＯＦＦ速度を設定する制御信号を生成する電気装置に関する。さらに、本発明は、この方法により駆動される電流コンバータと、このような電流コンバータを備えた電気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば電気自動車やハイブリット自動車など、電気的に（電気モータにより）駆動されるモータ車両は、典型的には１つまたは２つのモータ車軸を駆動するための電気装置または電動装置を備えている。このような電動装置は、一般的に電気モータとして同期または非同期モータを備えている。ここで、電気モータは、電気エネルギの供給を受けるために、車両内のエネルギ貯蔵部（高電圧バッテリ）に接続されている。
【０００３】
電気装置の電気モータは、通常、ステータに対して相対回転可能で回転磁場によって駆動されるロータを備えている。回転場を生成するために、ステータのコイル（位相巻線、ステータ巻線）モータ電流として適切な三相電流（交流電圧）により駆動される。ここで、モータ電流は、電流コンバータによってエネルギ貯蔵部の直流電圧または直流電流（入力電流）から変換される。
【０００４】
このようなコンバータは、一方において、装置の通常動作時に、インバータとして、エネルギ貯蔵部の入力電流をモータ電流に変換するのに適切に設計されている。他方において、電流コンバータは、生成または回生動作時に、レクチファイアとして、電気モータの生成されたモータ電流をエネルギ貯蔵部に供給する直流電流（再生電流）に変換するのに適切に設計されている。
【０００５】
この目的のために、電流コンバータは、中間回路コンデンサに接続されたブリッジ回路（中間回路、整流回路）を備えている。ブリッジ回路は、（モータ）位相に対応した数のブリッジモジュール（ハーフブリッジ、パワーモジュール、整流セル）を備えている。ここで、ブリッジモジュールは、電流コンバータの出力線とリターン線の間に接続された半導体スイッチを備えている。
【０００６】
ブリッジモジュールの半導体スイッチを制御するために、コントローラ（モータ制御ユニット）の信号に基づいてパルス幅変調制御信号（ＰＷＭ信号）を生成する駆動回路が一般的に設けられている。制御信号は、伝導状態（接続状態）と非伝導状態（切断状態、ブロック状態）との間で計時的に切り替えられるような半導体スイッチングの制御端子に伝達される。動作中において、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）として具現化された半導体スイッチは、制御信号につながるそれぞれのゲート端子を介して計時的に切り替えられる。結果的に、切り替えられるコレクタ電流または負荷電流はロータ駆動のための三相電流に変換される。
【０００７】
このような電流コンバータの電気出力損失は、実質的にそのブリッジモジュールまたは半導体スイッチの伝導損失およびスイッチング損失により決定される。ここで、制御信号により特徴付けられた（ゲート）制御方法は、電流コンバータの出力損失の大きさ、ひいてはその効率に大きな影響を与える。半導体スイッチは、一般的にスイッチＯＦＦ速度が比較的遅く、伝導状態から非伝導状態へのスイッチＯＦＦプロセスに長い（スイッチＯＦＦ）期間を要することになる。動作中において、結果として、半導体スイッチのスイッチ（切替）プロセス期間中に電気的損失が望ましくないほど高い割合を占めることになる。
【０００８】
このようなスイッチＯＦＦプロセスにおいて、伝導状態で半導体スイッチを流れる切り替えられるコレクタ電流または負荷電流は、実質的にスイッチＯＦＦとなるまで減少する。ここで、スイッチＯＦＦ速度は、負荷電流の得られた電流傾勾配によって実質的に規定され、それによりスイッチＯＦＦプロセスの期間も決定する。スイッチＯＦＦ速度は、半導体スイッチの（ゲート）制御のための制御信号により、オープンループおよび／またはクローズドループで設定または制御することができる。
【０００９】
文書ＤＥ１０２０１４２１９４７０Ａ１は、半導体スイッチのスイッチＯＦＦプロセスのスイッチＯＦＦ速度を温度に依存して選択する方法を開示している。ここで、半導体スイッチは、コンバータのＤＣ中間回路内に配置されている。動作中において、ＤＣ中間回路の直流電圧が測定され参照直流電圧と比較される。他方、半導体スイッチの温度、特に障壁層温度が測定され参照温度と比較される。これらの比較に基づいて、半導体スイッチのスイッチＯＦＦ速度が設定される。このようにして、コンバータの特定の処理点または動作点において、半導体スイッチのスイッチＯＦＦ速度を速くすることができる。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、電流コンバータを駆動するための特に適切な方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、このような方法で駆動される電流コンバータおよびこのような電流コンバータを備えた電気装置を提供することである。
【００１１】
上記目的は、本発明の請求項１の特徴を有する方法、請求項７の特徴を有する電流コンバータ、および請求項１０の特徴を有する電気装置により達成される。有利な実施形態および構成は、従属請求項の主題である。
【００１２】
本発明の方法は、電流コンバータの駆動のために適切に設計されている。電流コンバータは、電気装置の特定部分をなし、たとえばインバータとして、直流電流源と電気モータの間などに接続される。電流コンバータは、装置の中間回路に適切に接続されている少なくとも１つの半導体スイッチを備えている。半導体スイッチを制御するために、スイッチＯＦＦ速度を設定するための制御信号が生成され、半導体スイッチの制御端子（制御入力）に伝達される。
【００１３】
電流コンバータの動作中において、動作パラメータは連続的にモニターされる。ここにおいて、一方で、中間回路の電気中間回路電圧が測定され電圧閾値と比較される。他方、各半導体スイッチの動作温度が測定され温度閾値と比較される。さらに、各半導体スイッチによって切り替えられた負荷電流が測定され電流閾値と比較される。
【００１４】
この方法によれば、上記３つの比較に基づいてスイッチＯＦＦ速度を設定するために制御信号が生成される。これは、スイッチＯＦＦ速度の設定に関して、中間回路電圧への依存および温度への依存に加え、切り替えられる負荷電流も追加的に考慮に入れられることを意味している。言い換えると、中間回路電圧と動作温度に加えて、実際に印加されている負荷についてもスイッチＯＦＦ速度の設定に関して考慮する。
【００１５】
電流コンバータの処理範囲は、閾値により、たとえばスイッチＯＦＦ速度に関連して、異なる動作点および／または動作範囲に分けられる。動作パラメータの各閾値は、最小許容動作パラメータ値よりも適切に大きく最大許容動作パラメータ値よりも小さい。このように、電流コンバータの異なる動作状況に対して特に柔軟に対応することが可能になり、それにより電流コンバータの効率が有利に向上する。特に、たとえば所定のスイッチＯＦＦ速度において、動作点が変化した場合に、特定の最大電圧を活用することができる。
【００１６】
半導体スイッチは、好ましくはＩＧＢＴで構成される。ここで、測定された中間回路電圧は動作時に印加されたコレクタ‐エミッタ電圧の測定であり、動作温度は特に半導体スイッチの障壁層の温度値である。
【００１７】
上記方法によれば、電流コンバータまたはそれが搭載された電気装置においてそれぞれのアプリケーション特有の主な動作範囲に対して特にシンプルで容易に対応することができる。特に、スイッチＯＦＦ速度は単に上限（たとえば、最大負荷電流や最大中間回路電圧）に基づくだけではなく、所望の主な動作範囲に基づいて設定される。これは、半導体スイッチの特有の動作範囲や動作点に対して、スイッチＯＦＦ速度をより微細にまたは高分解能で設定できることを意味する。それにより、スイッチＯＦＦプロセスにおける電気損失を、狙いどおりにアプリケーション指向で低減することができる。
【００１８】
特に、類似設計の電流コンバータが異なる電気装置、たとえば異なる電気駆動モータ自動車に使用されているアプリケーションにおいて、上記方法によれば、電流コンバータをそれぞれの主な動作範囲、すなわち各装置において動作中に最も頻度高く生じる動作範囲に最適に対応させることができる。主な動作範囲は異なる装置間で変化し、上記方法によれば、特に高い効率が常に維持される。これにより、電流コンバータの半導体スイッチおよび／またはさらなる部品の高コストな過仕様を有利に避けることができる。
【００１９】
適切な構成において、スイッチＯＦＦ速度を上記比較に基づいて設定するための制御信号は、保存されている３つのスイッチＯＦＦ速度から選択される。第１のスイッチＯＦＦ速度は第２のスイッチＯＦＦ速度よりも遅く、第２のスイッチＯＦＦ速度は第３のスイッチＯＦＦ速度よりも遅い。
【００２０】
言い換えると、第１のスイッチＯＦＦ速度は、比較的長い期間のスイッチＯＦＦプロセスをもたらす。これは、負荷電流の比較的フラットな電流傾勾配を有する、比較的遅いスイッチＯＦＦプロセスを意味する。第２のスイッチＯＦＦ速度は、より急な電流傾勾配を有する比較的速いスイッチＯＦＦプロセスをもたらし、第３のスイッチＯＦＦ速度は、特に急な電流傾勾配を有すると特に速いスイッチＯＦＦプロセスをもたらす。電流コンバータの３つの動作範囲は原理的にこのように規定され、それにより、特にシンプルで容易な動作が同時に最大の適応性で可能になる。
【００２１】
有利な実施形態において、測定された動作温度が温度閾値よりも低い場合、および／または中間回路電圧が電圧閾値よりも高い場合には、制御信号は第１のスイッチＯＦＦ速度に設定する。比較的遅い第１スイッチＯＦＦ速度により、半導体スイッチの許容処理範囲の境界領域の動作点において、確実で信頼できるスイッチＯＦＦプロセスが確保される。
【００２２】
適切な実施形態において、動作温度が温度閾値より高く、負荷電流が電流閾値よりも大きい場合には、制御信号は第２スイッチＯＦＦ速度に設定する。低減された電気出力損失を有する比較的速いスイッチＯＦＦ速度が、比較的広い電圧範囲においてこのように実現される。
【００２３】
好ましい実施形態において、動作温度が温度閾値よりも高く、負荷電流が電流閾値よりも小さい場合には、制御信号は第３スイッチＯＦＦ速度に設定する。電流コンバータの効果的で効率的な動作が、このように確保される。
【００２４】
本発明の方法の追加的またはさらなる観点によれば、電流閾値は中間回路電圧に基づいて設定される。これにより、電流コンバータの特に効果的で効率的な動作が確保される。特に、主な動作範囲が好ましくは、実質的に完全に第３スイッチＯＦＦ速度で動作する動作範囲に属するように、一連の電流閾値が所望の主な動作範囲に適用される。
【００２５】
本発明による電流コンバータは、電気装置の特定部分に配置される。電流コンバータは、中間回路に接続されたブリッジ回路を備えている。ブリッジ回路は、駆動回路によって制御される複数の半導体スイッチを備え、駆動回路はコントローラ（制御ユニット）と信号の交信を行う。ここで、プログラミングや回路に関して、コントローラは一般的に上述の方法を実行するように設計されている。コントローラは、具体的には、電流コンバータの動作中における中間回路電圧、動作温度、および負荷電流の（電流）値を測定およびモニターするように設計されている。また、コントローラは、測定値を保存されている閾値と比較し、その比較に基づいて制御信号を生成する駆動回路を調整するように設計されている。
【００２６】
好ましい実施形態において、コントローラは、少なくとも本質的にプロセッサを有するマイクロコントローラとデータメモリにより構成されている。ここで、本発明の方法を実行するための機能は、プログラミングの観点から動作ソフトウエア（ファームウエア）の形態で実装されている。これにより、選択的には（自動車）ユーザとの相互作用により、マイクロコントローラ内の動作ソフトウエアを実行することで自動的に上記方法が実施される。
【００２７】
しかし、本発明の範囲内のコントローラは、代わりに、たとえば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など、非プログラマブル電子部品で構成されていてもよい。ここで、本発明の方法を実行するための機能は、回路手段によって実装される。
【００２８】
上記方法により動作する電流コンバータは、常にそれぞれの動作点に応じて半導体スイッチの可能な最適なスイッチＯＦＦ速度とされている。
【００２９】
有利な構成において、駆動回路は、設定可能なスイッチＯＦＦ速度の数に応じてた数の電気直列抵抗（スイッチＯＦＦ抵抗）を備えている。損失の観点から最適な半導体スイッチのスイッチＯＦＦ速度は、異なる直列抵抗を電圧、温度、および負荷に応じて切り替えることによりシンプルに選択される。（ゲート）直列抵抗は、適切に異なる（オーム）抵抗値を有し、制御信号の大きさは切り替えの発生により変化する。大きさの変化により、半導体スイッチは結果的に異なるスイッチＯＦＦ速度でスイッチＯＦＦする。
【００３０】
好適な実施形態において、駆動回路の直列抵抗は他の駆動回路の直列抵抗と互いに並列に接続される。ここで、コントローラは、直列抵抗の切り替えまたは接続のために、駆動回路の各制御回路を制御する。このように、最適なゲート直列抵抗が常にそれぞれの動作点に基づいて設定される。このようにして、さまざまなスイッチＯＦＦ速度がハードウエアに基づいて生成される。
【００３１】
代替的な実施形態において、スイッチＯＦＦ速度を設定するために、たとえば制御信号をアクティブクランピングまたは電流制御により設定することが考えられる。
【００３２】
好ましいアプリケーションにおいて、上記方法により動作する電流コンバータが電気装置、特に電動モータ自動車（電気自動車、ハイブリッド自動車）に使用されている。そして、電流コンバータは、たとえばインバータとして、車両のエネルギ貯蔵部と電気モータの間に接続されている。上記方法による結果として、半導体スイッチの効果的で効率的な動作が確保され、半導体スイッチにおける電気損失が低減される。特に高効率な電気装置がこのように提供され、モータ自動車の特に経済的な動作が可能となる。これにより、モータ自動車の生産における経済的要求やモータ自動車の費用効果の高い動作が有利に達成される。
【００３３】
本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して以下に詳細に説明する。なお、図面は簡易化された概要を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】エネルギ貯蔵部と、電気モータと、それらの間に接続された電流コンバータを備えた電気装置を示す。
【図２】半導体スイッチとそれに接続された駆動回路を有する電流コンバータのブリッジ回路の詳細を示す。
【図３】駆動回路により生成される制御信号のスイッチＯＦＦ速度を選択するための方法の線図である。
【図４】異なるスイッチＯＦＦ速度を有する３つの動作範囲の電流コンバータの処理範囲を示すグラフである。
【図５】電流コンバータの高効率な動作のための、３つの適用された動作範囲を有する処理範囲を示すグラフである。
【００３５】
すべての図面において、互いに対応する要素や変数には同じ参照符号が付されている。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、特に電気自動車やハイブリッド自動車などの電動駆動モータ自動車（詳細は不図示）の電気（駆動）装置２を示している。この例示的な実施形態の装置２は、高電圧バッテリとして車両内に配置された電気エネルギ貯蔵部４と、モータ自動車の車軸を駆動する電気モータ６を備えている。たとえば同期または非同期モータとして具現化された電気モータ６は、インバータとして具現化された電流コンバータ８によりエネルギ貯蔵部４に接続されている。
【００３７】
電流コンバータ８は、出力ライン１０ａとリターンライン１０ｂを備えている。出力ライン１０ａとリターンライン１０ｂは、中間回路１０の一部をなし、それにより電流コンバータ８はエネルギ貯蔵部４に接続されている。中間回路コンデンサ１２と３つのブリッジモジュール（ハーフブリッジ、整流セル）１６を有するブリッジ回路１４が、ライン１０ａとライン１０ｂの間に接続されている。
【００３８】
動作中において、電流コンバータ８に供給されるエネルギ貯蔵部４の入力電流はブリッジ回路１４により三相モータ電圧または三相電流ｕ，ｖ，ｗに変換される。各相ｕ，ｖ，ｗ（以下、包括的にモータ電流ともいう）は、電気モータ６の動作のためにステータ（詳細は不図示）の対応する相または巻線端に接続される。
【００３９】
エネルギ貯蔵部４の高電圧直流電圧から供給される入力電流をモータ電流に変換するために、ブリッジモジュール１６は、モータ制御ユニットに接続されたコントローラ１８によりオープンループおよび／またはクローズドループで制御される。このために、コントローラ１８は、６つの駆動回路２０の１つにパルス幅変調（ＰＷＭ）信号Ｐを送信する。各ブリッジモジュール１６は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）として具現化された２つの半導体スイッチ２２を備えており、それらの各制御端子（ゲート端子）は対応して関連する駆動回路２０の出力に接続される。可能な代替的実施形態において、駆動回路２０は、たとえば各ブリッジモジュール１６の一部をなす。図１において、半導体スイッチ２２と駆動回路２は、参照符号を付けて単に例として設けられている。
【００４０】
以下、半導体スイッチ２２の駆動回路２０について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、ブリッジ回路１６の半導体スイッチ２２を単に例として示している。図示された駆動回路２０は、異なる３つのスイッチＯＦＦ速度Ａ１、Ａ２、Ａ３での半導体スイッチ２２のスイッチＯＦＦ（伝導状態からブロック状態への切り替えを意味する）に対して適切に設計されている。
【００４１】
図２に示すように、ライン１０ａとライン１０ｂの間に印加される直流電圧または中間回路電圧Ｕｄｃを測定する電圧計２４が、出力ライン１０ａの正の（直流電圧）電位とリターンライン１０ｂの負の（直流電圧）電位との間に配置されている。ここで、ブリッジモジュール１６は、半導体スイッチ２２の動作温度ＴＢ、特に障壁層温度を検出するための温度計２６を備えている。さらに、ブリッジモジュール１６は、半導体スイッチ２２により切り替えられるコレクタ電流または負荷電流ＩＣを測定する電流計２８を備えている。
【００４２】
電圧計２４、温度計２６、および電流計２８により測定された測定信号は、信号交信としてコントロータ１８の入力側に伝達される。コントロータ１８は、信号交信として出力側が駆動回路２０に接続されている。動作中において、コントロータ１８は、受信した信号に基づいて、第１のスイッチ信号Ｓ１、第２のスイッチ信号Ｓ２、および計時ＰＷＭ信号Ｐを駆動回路２０に送信する。駆動回路２０は、入力されてくる信号に基づいて、特に半導体スイッチ２２をスイッチＯＦＦするための制御信号Ｐ’を生成する。
【００４３】
駆動回路２０は、制御回路３０を備えている。制御回路３０は、直流電圧回路（詳細は不図示）の正側パス３２ａと負側パス３２ｂの接続されている。直流電圧回路は、中間回路１０からガルバニック分離されており、駆動回路２０に対する電圧源として機能する。このために、制御管回路２０は、第１接続端子３４を介して正側パス３２ａに接続され、３つの第２接続端子３６を介して負側パス３２ｂに接続されている。
【００４４】
制御回路３０は、３つの直列抵抗（ゲートスイッチＯＦＦ直列抵抗）Ｒｇ１、Ｒｇ２、Ｒｇ３を備えており、それらは互いに並列に接続されている。また、それらの抵抗は、一方側で接続端子３６の１つにそれぞれ接続されており、他方側で半導体スイッチ（ゲートスイッチＯＦＦ半導体）３８に一緒に接続されている。直列抵抗Ｒｇ２は、スイッチ信号Ｓ１により制御される半導体スイッチ４０を介して対応する接続端子３６に接続されている。直列抵抗Ｒｇ３は、スイッチ信号Ｓ２により制御される半導体スイッチ４２を介して対応する接続端子３６に接続されている。
【００４５】
半導体スイッチ３８は、計時ＰＷＭ信号Ｐにより制御可能であり、半導体スイッチ２２の制御端子に接続されている。半導体スイッチ３８の制御は、特にスイッチＯＦＦ速度Ａ１、Ａ２、Ａ３で半導体スイッチ２２をスイッチＯＦＦするためになされる。
【００４６】
接続端子３４は、直列抵抗（ゲートスイッチＯＮ直列抵抗）Ｒｇｏｎを介して半導体スイッチ（ゲートスイッチＯＮ半導体）４４の入力端子に接続されている。半導体スイッチ２２のスイッチＯＮプロセス（すなわちブロック状態から伝導状態への切り替え）におけるスイッチＯＮ速度は、直流抵抗Ｒｇｏｎにより規定される。
【００４７】
図２との比較により明らかなように、半導体スイッチ２２のスイッチＯＦＦプロセスを計時ＰＷＭ信号Ｐにより制御可能な半導体スイッチ３８は、ｐｎｐトランジスタとして設計されている。したがって、半導体スイッチ２２のスイッチＯＮプロセスを計時ＰＷＭ信号Ｐにより制御可能な半導体スイッチ４４は、ｎｐｎトランジスタとして具現化されている。このように、ＰＷＭ信号Ｐの状態（スイッチ状態）に基づいて、スイッチＯＦＦプロセスにおいて半導体スイッチ３８のみが接続されるか、スイッチＯＮプロセスにおいて半導体スイッチ４４のみが接続されるかを電気的に確保している。
【００４８】
比較的遅い第１のスイッチＯＦＦ速度Ａ１で半導体スイッチ２２をスイッチＯＦＦするための制御信号Ｐ’を生成するために、半導体スイッチ４０、４２は、スイッチ信号Ｓ１、Ｓ２をブロックするように切り替えられる。これにより、半導体スイッチ３８は、直列抵抗Ｒｇ１を介して負側パス３２ｂにのみ接続される。
【００４９】
制御信号Ｐ’により比較的速い第２のスイッチＯＦＦ速度Ａ２で半導体スイッチ２２をスイッチＯＦＦするために、半導体スイッチ４０は制御信号Ｓ１により伝導状態に切り替えられ、半導体スイッチ４２はスイッチ信号Ｓ２によりブロック状態に切り替えられる。このように、直列抵抗Ｒｇ１、Ｒｇ２は、半導体スイッチ３８に共通の並列抵抗として機能する。
【００５０】
相対的に非常に速い第３のスイッチＯＦＦ速度Ａ３の制御信号Ｐ’を生成するために、半導体スイッチ４０はスイッチ信号Ｓ１によりブロック状態に切り替えられ、半導体スイッチ４２はスイッチ信号Ｓ２により伝導状態に切り替えられる。このように、直列抵抗Ｒｇ１、Ｒｇ３は、半導体スイッチ３８に共通の並列抵抗として機能する。
【００５１】
制御信号Ｐ’は、このように入力されてくるＰＷＭ信号Ｐと実質的に同一のクロック比（デューティサイクル）を有しているが、その（電圧の）大きさに関しては異なっている。好ましくは、半導体スイッチ４０、４２の切り替えにより制御信号Ｐ’に対して３つの異なるスイッチＯＦＦ速度Ａ１、Ａ２、Ａ３が設定できるように、直列抵抗Ｒｇ１、Ｒｇ２，Ｒｇ３は規定される。特に、第１のスイッチＯＦＦ速度Ａ１が第２のスイッチＯＦＦ速度Ａ２よりも遅く、第２のスイッチＯＦＦ速度Ａ２が第３のスイッチＯＦＦ速度Ａ３よりも遅くなるように、直列抵抗Ｒｇ１、Ｒｇ２，Ｒｇ３は規定される。
【００５２】
スイッチ信号Ｓ１、Ｓ２は、中間回路電圧Ｕｄｃ、動作温度ＴＢ，および負荷電流ＩＣの測定値とそれぞれ対応して保存されている閾値との比較に基づいて、コントロータ１８により生成される。
【００５３】
スイッチＯＦＦ速度Ａｎｅｗの選択および設定、またこのようなスイッチ信号Ｓ１、Ｓ２の生成をコントローラ１８において実行する方法の典型的な実施形態について、以下、図３の概要図を参照して説明する。
【００５４】
第１方法ステップ４６において、閾値比較４８により、中間回路電圧Ｕｄｃの測定値が保存されている電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈと比較される。閾値比較４８により、この比較に基づいて電圧結果Ｕｒｅｓが得られる。
【００５５】
第２方法ステップ５０において、閾値比較５２により、検出された動作温度ＴＢが保存されている温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈと比較される。閾値比較５２により、この比較に基づいて温度結果Ｔｒｅｓが得られる。
【００５６】
第３方法ステップ５４において、測定された負荷電流ＩＣと保存されている電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈとの間で閾値比較５６が実行される。閾値比較５６により、この比較に基づいて電流結果Ｉｒｅｓが生成される。
【００５７】
比較結果Ｕｒｅｓ、Ｔｒｅｓ、Ｉｒｅｓは、スイッチＯＦＦ速度Ａｎｅｗを設定する方法ステップ５８で使用される。そして、比較結果Ｕｒｅｓ、Ｔｒｅｓ、Ｉｒｅｓはステップ６０で互いに組み合わされる。ステップ６０における比較結果Ｕｒｅｓ、Ｔｒｅｓ、Ｉｒｅｓの組合せは、実質的に電流コンバータ８の実際の電流動作点の決定に相当する。電流コンバータ８の処理範囲は、便宜的に異なる動作領域に分けられ（図４、図５）、それぞれの動作領域には特定のスイッチＯＦＦ速度Ａ１、Ａ２、Ａ３が割り当てられている。動作領域は、比較結果Ｕｒｅｓ、Ｔｒｅｓ、Ｉｒｅｓの組合せ結果としてコントローラ１８に保存される。言い換えると、特定の電流動作点をこれらの動作範囲の１つに割り当て、そして目標スイッチＯＦＦ速度Ａｔａｒｇｅｔに割り当てることが可能である。
【００５８】
目標スイッチＯＦＦ速度Ａｔａｒｇｅｔを実際の電流スイッチＯＦＦ速度Ａｃｕｒｒｅｎｔと比較して、目標スイッチＯＦＦ速度Ａｔａｒｇｅｔが実際の電流スイッチＯＦＦ速度Ａｃｕｒｒｅｎｔからずれている場合には、スイッチＯＦＦ速度Ａｎｅｗは目標スイッチＯＦＦ速度Ａｔａｒｇｅｔの値に設定される。そして、コントロータ１８は、たとえばスイッチ信号Ｓ１、Ｓ２の実際と目標のスイッチ状態をモニターする。
【００５９】
新しいスイッチＯＦＦ速度Ａｎｅｗの設定を実行するために、コントロータ１８は、スイッチ信号Ｓ１、Ｓ２をオープンループおよび／またはクローズドループで制御する。たとえば、電流コンバータ８が第１のスイッチＯＦＦ速度Ａ１で動作し、新たに測定された動作点がスイッチＯＦＦ速度Ａ２の動作範囲に属すると判断された場合には、半導体スイッチ４０はスイッチ信号Ｓ１によりブロック状態から伝導状態に切り替えられ、半導体スイッチ４２はスイッチ信号Ｓ２によりさらにブロック状態に切り替えられる。このように制御信号Ｐ’が結果的に生成され、それにより半導体スイッチ２２はスイッチＯＦＦ速度Ａ２でスイッチＯＦＦされる。
【００６０】
図４および図５はそれぞれ電流コンバータ８の処理範囲を例示している。ここで、処理範囲は、動作に関係する電流コンバータ８の実質的にすべての動作点をカバーしている。図示された処理範囲は、電気装置２の主動作範囲６２（例示）と電流コンバータ８の正常動作が不可能な範囲６４を含んでいる。
【００６１】
この場合、横軸（ｘ軸）は、中間回路１０に印加される中間回路電圧Ｕｄｃの電圧を示す。ここでは、許容される中間回路電圧Ｕｄｃは、最小電圧Ｕｍｉｎと最大電圧Ｕｍａｘの間の範囲に制限される。負荷電流Ｉｃは縦軸（ｙ軸）に沿ってプロットされ、動作中において、最小電流Ｉｍｉｎと最大電流Ｉｍａｘの間の電流範囲に制限される。範囲６４は、最大電流Ｉｍａｘよりも上側に延びている。電流コンバータ８の動作点は、電圧値と電流値のペア（Ｕｄｃ、Ｉｃ）により特徴付けられる。
【００６２】
電流コンバータ８の動作中において、検出された中間回路電圧Ｕｄｃは電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈと比較され、動作温度ＴＢは温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈと比較され、負荷電流ＩＣは電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈと比較される。電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈと電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈは、図４および図５において処理範囲内に点線で示されている。
【００６３】
図４において、処理範囲は、電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈと電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈにより、実質的に３つの動作領域６６、６８、７０に分けられ、それぞれスイッチＯＦＦ速度Ａ１、Ａ２、Ａ３に関連付けられる。言い換えると、動作中において、関連したスイッチＯＦＦ速度Ａ１、Ａ２、Ａ３の制御信号Ｐ’は、特定の動作領域６６、６８、７０のすべての動作点のために生成される。この典型的な実施形態においては、電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈは電圧には依存せず、電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈは常に異なる中間回路電圧Ｕｄｃに対して実質的に同一の値をなっている。
【００６４】
動作範囲６６の動作点に関して、制御信号Ｐ’は第１のスイッチＯＦＦ速度Ａ１に設定される。動作範囲６６は、実質的に最小電流Ｉｍｉｎと最大電流Ｉｍａｘの間の全範囲に渡って延びている。
【００６５】
動作範囲６６は、最小温度と温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈの間、または電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈと最大電圧Ｕｍａｘの間に規定される。言い換えると、ステップ６０において動作温度ＴＢの温度結果Ｔｒｅｓが温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈよりも低いか電圧結果Ｕｒｅｓが電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈより高い（または同じ）中間回路電圧Ｕｄｃに相当する場合に、第１のスイッチＯＦＦ速度Ａ１の制御信号Ｐ’が生成される。
【００６６】
動作範囲６６は、２つの（コーナーの）動作点７２、７４を有し、そこでの負荷電流ＩＣは最大電流Ｉｍａｘに等しい。動作点７２において、中間回路電圧Ｕｄｃは電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈに等しく、動作温度または障壁層温度ＴＢは温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈに等しい。動作点７２に対向する動作範囲６６の動作点７４において、中間回路電圧Ｕｄｃは最大電圧Ｕｍａｘに等しく、動作温度または障壁層温度ＴＢは最小温度に等しい。
【００６７】
中間回路電圧Ｕｄｃが電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈに等しく負荷電流ＩＣが電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈに等しい動作点７６において、動作温度ＴＢは温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈに等しい。この典型的な実施形態において、範囲境界または特性曲線Ｌ１は最小電圧Ｕｍｉｎと電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈの点から動作点７６に延びている。特性曲線Ｌ１は動作範囲７０を動作範囲６８から分離する。
【００６８】
動作範囲６８の動作点に関して、第２のスイッチＯＦＦ信号Ａ２を有する制御信号Ｐ’が生成される。動作範囲６８は、ステップ６０において温度結果Ｔｒｅｓと電流結果Ｉｒｅｓの組合せにより規定される。ここで、一方で動作温度ＴＢは温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈよりも高く、他方で負荷電流ＩＣは電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈよりも大きい。さらに、中間回路電圧Ｕｄｃは電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈよりも低い。
【００６９】
制御信号Ｐ’が第３のスイッチＯＦＦ速度Ａ３に設定されている動作範囲７０は、ステップ６０において、同様に温度結果Ｔｒｅｓと電流結果Ｉｒｅｓの組合せとして保存される。動作範囲７０に関して、動作温度ＴＢは温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈよりも高く、負荷電流ＩＣは電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈよりも小さい。さらに、中間回路電圧Ｕｄｃは電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈよりも低い。
【００７０】
図４の典型的な実施形態において、主動作範囲６２は、動作範囲６６と動作範囲７０に渡って延びている。これは、主動作範囲６２において、第１のスイッチＯＦＦ速度Ａ１から第３のスイッチＯＦＦ速度Ａ３への切り替えがあることを意味している。（少なくともいくつかの領域では）このようにスイッチ（ＯＦＦ）速度の向上が可能なので、主動作範囲６２における効率および有効性は大きく向上する。
【００７１】
図５の典型的な実施形態は、電流コンバータ８を特に高効率にするように動作範囲６６、６８、７０の境界が設定される処理範囲を示している。この典型的な実施形態において、電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈにより規定された特性曲線Ｌ１は、動作範囲６８と動作範囲７０の間で実質的に最小電圧Ｕｍｉｎと最大電圧Ｕｍａｘの間の電圧範囲全体に渡って延びている。動作範囲６８、７０は、動作温度ＴＢが温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈ以上の場合にのみ使用される。ここで、電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈのプロファイルは、中間回路電圧Ｕｄｃの特定の値に依存している。特性曲線Ｌ１は、一方側において動作点７６により規定され、他方側において使用された半導体スイッチ２２により規定される。この典型的な実施形態において、電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈは（単調）減少するプロファイルを有している。これは、最小電圧Ｕｍｉｎにおける電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈが、最大電圧Ｕｍａｘにおける値よりも大きい負荷電流ＩＣの電流値を有していることを意味している。
【００７２】
図５の典型的な実施形態において、主動作範囲６２は、動作範囲７０内に完全に入っている。言い換えると、第３のスイッチＯＦＦ速度Ａ３を有する制御信号Ｐ’が主動作範囲６２のすべての動作点に対して生成される。したがって、電流コンバータ８の特に効率的な動作が確保される。
【００７３】
動作範囲６６’は、ステップ６０において、温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈよりも低い動作温度ＴＢに対応する温度結果Ｔｒｅｓと電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈよりも高い中間回路電圧Ｕｄｃに対応する電圧結果Ｕｒｅｓとの組合せにより保存される。ここで、追加的な範囲境界または特性曲線Ｌ２が、電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈと実質的に並行に延びるように設定され、動作範囲６８と動作範囲６６’とを互いに分離する。
【００７４】
この典型的な実施形態における動作範囲６６’は、比較的少ない動作点しかなく、ごく限られた状況でのみ発生する。上述の典型的な実施形態と比較すると、それぞれの動作範囲６８、７０はより多くの動作点を有している。したがって、それぞれの半導体スイッチ２２は、動作範囲の広い領域において速いスイッチＯＦＦ速度Ａ２または非常に速いスイッチＯＦＦ速度Ａ３でスイッチＯＦＦされる。
【００７５】
好適な仕様として、たとえば、最小電流Ｉｍｉｎが０Ａ（アンペア）、電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈが約４００Ａ、最大電流Ｉｍａｘが約６５０Ａである。中間回路電圧Ｕｄｃの好適な電圧値として、たとえば、最小電圧Ｕｍｉｎが２５０Ｖ、電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈが４００Ｖ、最大許容中間回路電圧Ｕｍａｘが４５０Ｖである。好ましくは、動作温度ＴＢは、最小温度Ｔｍｉｎが約−４０°Ｃ、温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈが約２５°Ｃである。
【００７６】
ここで、電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈの特性曲線Ｌ１は、まず制御回路３０の（スイッチＯＦＦ）直列抵抗Ｒｇ３が接続されて生成される。このように、動作点７６を始点として規定される。特性曲線Ｌ１の他の点は、半導体スイッチ２２の最大許容（コレクタ‐エミッタ）ブロック電圧によって結果的に規定され、中間回路電圧Ｕｄｃと（中間回路１０のインダクタンスにより生じる）半導体スイッチ２２のスイッチＯＦＦ電圧とにより決定することができる。
【００７７】
特性曲線Ｌ２は特性曲線Ｌ１と同様に生成されるが、直列抵抗Ｒｇ３の代わりに直列抵抗Ｒｇ２が制御回路３０内で接続される。このように、動作点７２が特性曲線Ｌ２の始点となる。特性曲線Ｌ２により、動作温度ＴＢ（たとえば６０°Ｃ）が温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈ（２５°Ｃ）よりも高い場合に、第１のスイッチＯＦＦ速度Ａ１が負荷電流ＩＣと中間回路電圧Ｕｄｃとに基づいて設定される。これは、たとえば、動作点（Ｕｄｃ＝４３０Ｖ、ＩＣ＝５００Ａ）で負荷電流ＩＣが電流閾値（４００Ａ）よりも大きく、中間回路電圧が電圧閾値（４００Ｖ）よりも高い場合に当てはまる。
【００７８】
動作温度ＴＢ（たとえばー４０℃）が温度閾値（２５℃）よりも低いとすると、動作点（Ｕｄｃ、ＩＣ）に依存せずに、電流コンバータ８は、遅いスイッチＯＦＦ速度Ａ１で動作する。ここで、直列抵抗Ｒｇ１の抵抗値は、低い動作温度ＴＢにおいて半導体スイッチ２２が確実にスイッチングするように適切に設定される。
【００７９】
動作温度ＴＢが温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈよりも高く、電流コンバータ８の動作点（Ｕｄｃ、ＩＣ）が特性曲線Ｌ１、Ｌ２の間にある場合には、第２のスイッチＯＦＦ速度Ａ２を有する制御信号Ｐ’が生成される。
【００８０】
言い換えると、方法ステップ５８において、まず温度結果Ｔｒｅｓが評価される。温度結果Ｔｒｅｓが温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈよりも低い動作温度ＴＢに相当する場合には、電圧結果Ｕｒｅｓと電流結果Ｉｒｅｓには依存せずに第１のスイッチＯＦＦ速度Ａ１を有する制御信号Ｐ’が生成される。
【００８１】
温度結果Ｔｒｅｓが温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈ以上である動作温度ＴＢに相当する場合には、特定の動作点に基づいて適切なスイッチＯＦＦ速度が選択される。電圧結果Ｕｒｅｓと電流結果Ｉｒｅｓにより規定される動作点が特性曲線Ｌ２よりも上側にある場合には（動作範囲６６’）、第１のスイッチＯＦＦ速度Ａ１を有する制御信号Ｐ’が生成される。動作点が２つの特性曲線Ｌ１、Ｌ２の間にある場合には（動作範囲６８）、第２のスイッチＯＦＦ速度Ａ２が設定される。したがって、第３のスイッチＯＦＦ速度Ａ３は、動作点が特性曲線Ｌ１より下側にある場合（動作範囲７０）に設定される。
【００８２】
本発明は、上述の典型的な実施形態には限定されない。むしろ、当業者により、本発明の変形が導き出されるだろう。特に、典型的な実施形態と連携して、すべての個別の特徴は、本発明の範囲から外れることなく互いに他の方法で組み合わされることができる。
【００８３】
たとえば、異なるスイッチＯＦＦ速度の数（すなわち直列抵抗の数）は本質的に任意である。本方法によれば、特定の動作点に応じて最適なスイッチＯＦＦ速度が常に設定されることが本質である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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